水性涂料的研究现状及其在航空领域的应用
谢飞舟，张小波，龚恒亮，张勇兵
（中航工业成都飞机工业（集团）有限责任公司技术装备公司，成都 610092 ）
0 引言
水性涂料又称水性漆或水基漆。相比于传统的油漆以有机溶剂作主要溶剂或者分散介质。它包括水稀释型、水分散型（乳胶漆）、水溶型三种。水性涂料是以水为主要的溶剂，其含水量约为20%-50%。无毒害无污染、不含有苯类、重金属、甲醛等等具有致癌性的物质，是一种绿色环保新兴涂料。目前在欧美发达国家，水性涂料普及率高达80%。而在我国，水性涂料的市场份额逐年增加，占比从2007年的15%到2017年的52%，发展非常迅速。
在航空领域中，由于其快速发展的制造技术和严酷恶劣的使用环境，对与之配套的涂料技术有着越来越严格且特殊的要求。航空涂料必须能够禁得住外界温度、空气和压力的骤变、要抗得了不同得空气湍流的袭击。无论在怎样的飞行条件下，航空涂料不仅需要经受住温度的起伏、高强度的紫外线长期照射、潮湿环境、化学品侵袭（如燃油、液压油、清洗化学剂）、腐蚀等的考验，除此之外，涂层务必具有尽可能低的厚度和重量，从而减轻飞机的总重量，以便达到降低能耗的效果。由此可见，航空涂料必须是具有优异的防腐蚀性、耐磨性、耐雨蚀性、耐温性、耐冲击性，轻质及环境友好性涂料。由于航空工业绿色制造的大势所趋，具有鲜明的环保特征的水性涂料得到了越来越多研究机构和制造企业的青睐，近年来，国内外也不断涌现出水性涂料在航空领域可喜的研究成果和优秀的应用实例。
本文将重点介绍水性涂料的特点，其在航空领域的研究应用实例及国内外的水性航空涂料标准的研究进展。同时，指出了现阶段水性涂料在使用过程中存在的一些问题。
1 水性涂料的特点
1）环保。环境友好型材料，无污染，无毒害。水性涂料挥发的VOC量很少，对环境和人体都是非常友好的。VOC是指对人体健康有危害的具有挥发性的有机物。传统的油漆在喷涂、使用过程中会散发大量的VOC，为涂料量的50%-80%。左贞等分析测试了工程机械类产品在涂装过程中排放量的典型值，排气筒总VOC排放量（按30m排气筒计算），水性涂料的指标为≤20 kg/h，完全符合法规要求的≤48kg/h，而油漆指标一般高达100kg/h，超标严重。
2）节能。节约了大量不可再生自然资源。占油漆含量50%-70%的有机溶剂都是从石油或者煤炭中提取出来的。而众所周知，石油和煤炭均是一种不可再生能源，全球总含量是有限的，总有枯竭的一天。水却是一种再生能源，而水性涂料含水量可达到50%，相比于传统的油漆，其生产极大的节约了不可再生的自然资源。与此同时，用于涂装有水性涂料的管道清洗以及其颜色的更换所使用的溶剂也将同时配套替换为节能的水溶性清洗溶剂。
3）安全。水性涂料不属于易燃易爆物，其存贮运输安全可靠。由于水性涂料以水为溶剂，其成分不会引起燃烧和爆炸，从根本上消除了其安全隐患。而传统的油漆属于易燃易爆物，不管是其生产、运输、存贮、使用各个环节，都需要针对其特殊性做好严格的安全保护措施。如有不慎，易引起危害较大的爆炸事故，造成人员和财产不可挽回的损失。
2 水性涂料在航空领域的应用
绿色环保的水性涂料在航空领域也得到了广泛的关注。如飞机机舱内的装饰涂料一般选用水性涂料，我国具有独立知识产权的水性丙烯酸的改性聚氨酯体系被应用在了飞机内舱的涂层系统，耐水、阻燃、耐油、耐污的效果良好，且耐盐雾可达2000 h，在各种塑料件和铝合金材料上的附着力性能优异。
同时，将水性涂料用作为飞机上的其他部位涂料及作为功能性涂料的研究与制造也在不断的向前推进。刘成楼等用三元聚合物互穿的网络乳液作基料，辅助以聚磷酸铵、绢云母、硅铝基空心微珠、氯化石蜡等作为为填料，研制出了一种可以用在飞机内壁壳体的水性阻尼涂料。其涂膜具有优异的减振降噪、阻燃、隔热吸音等效果，且对人体有害的有机挥发物（即VOC）含量很低。
在民用无人机市场，北京韦加无人机科技公司因所生产的某型无人机机头与机翼采用特殊的高强度泡沫基材，其材料不能耐受溶剂，且溶剂型涂料附着力差。于是选择了与基材有着良好结合力的水性丙聚面漆，采用空气喷涂。具体效果见图1，水性涂料喷涂部位用红色框图表示，该水性涂料与机身溶剂型涂料搭配使用，满足了整机的装饰及防护要求。
在国外，目前世界上两大飞机公司美国的波音公司（Boing）和法国的空客公司(Airbus)所制造的飞机使用的水性涂料主要来源于美国的PPG公司，荷兰的Akzo Nobel 公司。该两大公司生产的水性航空涂料种类齐全，包括面漆、聚氨酯类型的底、环氧、腻子等等，质量有保障，适用性很强，能够满足各国的用户标准，广泛应用于各国民用和军事航空装备上。如用于飞机蒙皮的底漆，PPG公司便有水性环氧底漆 EWDE072/EWDE02 和无铬的水性环氧底漆 EWDY048/EWAE118两个品种。空客公司采用的Akzo Noble公司生产的Aerowave 系列的水性航空涂料，包括防腐蚀的底漆、面漆，效果良好，既满足了使用要求，也达到了环保安全的预期效果。
3 水性航空涂料的标准
国内关于水性航空涂料的标准推出的体系还不够完善，跟国外成熟的商业标准还有一定差距。而欧美国家在民用和军用航空涂料方面都制定了比较完善的标准化体系，其中波音标准和美国军事标准得了世界各大飞机制造公司和用户单位的广发认可。表1较为详细列举了部分与水性航空涂料相关的美国军标（MIL），对性能和用途进行了简要说明。
4 推广应用存在的问题
国内在水性航空涂料领域依然存在着一些问题和技术瓶颈，需要科研机构和飞机制造厂商共同研究解决。除了之前提到的航空水性涂料标准体系不够完善，跟国外有一定差距之外，还存在以下问题：
1）生产成本相对较高。由于行业内技术，产能的相关限制，目前国内的水性涂料成本较高，专业用于航空领域的水性涂料售价也比传统的油漆相对较高。
2）行业内良莠不齐。我国的水性涂料制造商不多，产品质量也参差不齐，而已经获得广泛推广的实践证明效果良好的优质国内航空水性涂料相对较少。
3）对运输管道要求较高。水性涂料对于涂装的设备也具有一定的腐蚀性，该漆会对输送管道产生腐蚀和溶解，使分散的微粒逐渐析出，涂膜也会产生麻点。所以运输水性涂料的设备要求采用具有防腐蚀或者不锈钢的材料，这样下来，设备成本较高。
4）喷涂环境需要改造升级。在生产现场需要进行水性涂料喷涂工艺时，传统的油漆喷涂生产线需要进行相应的改造升级。水性涂料在涂装过程中受到环境影响相对较大，对于温湿度的控制也相对较为严格，这些都是需要在生产线改造升级时考虑的因素。
5 总结与展望
近些年来，我们国家大力发展民族航空工业，取得了四代机列装部队，Y20，国产大飞机首飞等举世瞩目的成就，同时在推行“绿色制造”的国家战略下，因为其环保，节能，安全等特点，水性航空涂料研制与应用进入了蓬勃发展壮大的快车道。随着降低生产的成本，丰富产品的种类，完善产品的标准体系，升级改造喷涂生产线等技术瓶颈的逐渐突破，水性涂料必将在航空领域得到越来越广泛的推广与应用。
（参考文献略，详情见《现代涂料与涂装》2019-5）
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